首款用于监测肌肉萎缩的可穿戴健康传感器

俄亥俄州立大学的研究人员制造了第一个旨在检测和监测肌肉萎缩的可穿戴传感器。

一种涉及骨骼肌质量和力量损失的疾病，肌肉萎缩的发生可能有多种原因，但通常是退行性疾病、衰老或肌肉废用的副作用。

虽然医生目前依靠 MRI 来评估患者的肌肉大小和体积是否恶化，但频繁的测试既费时又费钱。

然而，发表的这项新研究表明，由导电“电子线”制成的电磁传感器可以替代使用 MRI 进行频繁监测。

为了验证他们的工作，研究人员制作了 3D 打印的肢体模具，并在其中填充了碎牛肉，以模拟中等身材的人类受试者的小腿组织。他们的发现表明，他们能够证明传感器可以测量整个肢体尺寸的小规模体积变化，并监测高达 51% 的肌肉损失。

“理想情况下，我们提出的传感器可以被医疗保健提供者用来更个性化地为患者实施治疗计划，并减轻患者自己的负担，”该研究的主要作者、电气和电子学研究生 Allyanna Rice 说。俄亥俄州立大学计算机工程专业。

这是第一个使用可穿戴设备监测肌肉萎缩的已知方法，该研究建立在赖斯之前为美国宇航局创建健康传感器的工作之上。航天局有兴趣以各种方式监测宇航员的健康状况，因为在太空中花费大量时间通常会对人体产生不利影响。

研究人员花了数十年时间试图了解和对抗这些影响，而这项研究的灵感来自于寻找宇航员面临的健康问题的解决方案。

例如，虽然科学家们知道即使是短途太空飞行的机组人员也会经历高达 20% 的肌肉质量和骨密度损失，但没有太多数据表明在太空中生活更长时间的任务会对他们的身体产生什么影响，赖斯说。

她说：“我们的传感器可以让执行长期任务的宇航员或在家的病人在没有医疗专业人员帮助的情况下跟踪他们的健康状况。”

但打造一款能够准确测量人体微小肌肉变化的可穿戴设备，说起来容易做起来难。Rice 和她的合著者、俄亥俄州立大学电气和计算机工程教授 Asiminia Kiourti 设计了该设备，其工作原理是使用两个线圈，一个用于传输，一个用于接收，以及一个由电子线制成的导体以明显的之字形图案沿着织物运行。

虽然最终产品类似于血压计袖带，但 Rice 表示，要找到一种能够对传感器环路尺寸进行大范围变化以适合大部分人群的图案，最初是一项挑战.

“当我们第一次提出传感器时，我们没有意识到我们需要一种可拉伸的材料，直到我们意识到人的四肢会发生变化，”她说。“我们需要一种可以改变和弯曲的传感器，但它也需要是保形的。”

经过反复试验，他们发现虽然直线缝制会限制袖子的弹性，但之字形图案是放大弹性的理想选择。这种相同的新颖模式是传感器可以跨多个不同身体部位甚至同一肢体上的多个位置进行扩展的原因。

虽然可穿戴设备距离实施还有数年时间，但研究指出，下一个重大飞跃很可能是将设备连接到移动应用程序，该应用程序可用于记录健康信息并将其直接提供给医疗保健提供者。

为了改善地球和太空中未来患者的生活，Rice 期待将传感器与其他类型的设备相结合，以检测和监测健康问题，例如检测骨质流失的工具。

“在未来，我们希望在我们的可穿戴设备中集成更多传感器和更多功能，”赖斯说。